Устройство начальной синхронизации в сетях с кодовременным уплотнением каналов

Устройство начальной синхронизации в сетях связи с кодовременным уплотнением каналов относится к области радиосвязи и может найти применение в системах беспроводного доступа, использующих широкополосные псевдослучайные сигналы и временное разделение каналов. Устройство начальной синхронизации в сетях связи с кодовременным уплотнением каналов содержит два квадратурных канала, каждый из которых включает перемножитель, полосовой фильтр, аналого-цифровой преобразователь, цифровой согласованный фильтр, устройство выделения максимального сигнала, селектор, осреднитель, два квадратора, а также фазовращатель на π/2, гетеродин, три сумматора, запоминающее устройство, генератор тактовых импульсов, генератор псевдослучайных последовательностей, два перемножителя, вычитающий счетчик, делитель частоты, буферный регистр, пороговое устройство, оцифрователь, определитель смещения временных шкал, пороговый сумматор, детектор относительной фазовой телеграфии, пять вентилей, цифровой согласованный фильтр маркера, а также пороговое устройство маркера и соответствующие связи между ними, благодаря чему удается обеспечить синхронизацию приемника за счет надежного обнаружения однократно переданного маркера и преамбулы с учетом информации, содержащейся в преамбуле, о положении маркера относительно преамбулы. 2 ил.

 

Изобретение относится к области радиосвязи и может найти применение в системах, использующих широкополосные псевдослучайные сигналы (ШПС) и временное разделение каналов (например, в системах беспроводного доступа, сухопутной подвижной и спутниковой связи).

Известны многоканальные системы сотовой и спутниковой связи, использующие ШПС на основе технологии многостанционного доступа с кодовременным разделением каналов, такие как CDMA-2000 и WCDMA, а также системы беспроводного доступа стандарта WiMax [1].

Передача информации (данных) в таких системах осуществляется кадрами (фреймами). Временной интервал каждого кадра состоит из преамбулы, маркера и временных интервалов по числу каналов. В начале каждого кадра передаются сигналы преамбулы, затем сигнал маркера, а за ними следуют временные интервалы, предназначенные для передачи сигналов соответствующих каналов. Для увеличения скорости передачи информации в каком-либо канале связи его временной интервал увеличивается за счет временного интервала соседнего канала (каналов).

Сигналы преамбулы предназначены для синхронизации передающего и приемных устройств по несущей и тактовым частотам и передачи служебной информации, а совместно с сигналом маркера, который представляет собой некоторый кодированный сигнал, сигналы преамбулы обеспечивают временное разделение каналов.

Для обеспечения требуемой точности синхронизации и повышения помехоустойчивости системы к внутрисистемным помехам на сигналы преамбулы и маркера накладывается псевдослучайная последовательность (ПСП) (сигналы преамбулы и маркера суммируются по модулю два с ПСП). Причем тактовая частота формирования ПСП кратна тактовым частотам сигналов преамбулы и маркера.

Изложенный принцип обеспечения синхронизации системы связи позволяет, в случае неудачи в осуществлении канальной (временной) синхронизации в начале сеанса связи, осуществить синхронизацию на последующих кадрах.

Однако следует заметить, что передача преамбулы и маркера в начале каждого кадра ограничивает пропускную способность системы связи (от 20 до 40%) и требует дополнительных энергетических затрат. Для систем связи, призванных работать в условиях жестких энергетических и скоростных ограничений, это ограничение оказывается неприемлемым.

Целью настоящего изобретения является разработка устройства, позволяющего обеспечить синхронизацию передатчика и приемника в многоканальных системах связи с кодовременным разделением каналов, работающих в условиях жестких энергетических ограничений, за счет надежного обнаружения однократно переданного сигнала преамбулы в начале сеанса связи и сигнала маркера, за счет информации о его местоположении относительно преамбулы, содержащейся в сигналах преамбулы.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является устройство [2, с.194, рис.6.6], включающее два квадратурных канала, первый из которых состоит из последовательно соединенных первого перемножителя, первого усилителя, первого согласованного фильтра и первого квадратичного детектора, а второй квадратурный канал - из последовательно соединенных второго перемножителя, второго усилителя, второго согласованного фильтра и второго квадратичного детектора, а также сумматор, выход которого является выходом устройства, фазовращатель на π/2 и гетеродин, при этом первые входы первого и второго перемножителей объединены и являются входом обнаружителя, выход гетеродина соединен со вторым входом первого перемножителя и через фазовращатель на π/2 - со вторым входом второго перемножителя, выход первого квадратичного детектора соединен с первым входом сумматора, а выход второго квадратичного детектора - со вторым входом сумматора.

Указанная цель достигается тем, что в известное устройство, включающее два квадратурных канала, первый из которых состоит из последовательно соединенных первого перемножителя, первого усилителя, первого согласованного фильтра и первого квадратичного детектора, а второй квадратурный канал - из последовательно соединенных второго перемножителя, второго усилителя, второго согласованного фильтра и второго квадратичного детектора, а также сумматор, выход которого является выходом устройства, фазовращатель на π/2 и гетеродин, при этом первые входы первого и второго перемножителей объединены и являются входом обнаружителя, выход гетеродина соединен со вторым входом первого перемножителя и через фазовращатель на π/2 - со вторым входом второго перемножителя, выход первого квадратичного детектора соединен с первым входом сумматора, а выход второго квадратичного детектора - со вторым входом сумматора, внесены следующие изменения: исключен сумматор, в первом квадратурном канале исключены первый усилитель, первый согласованный фильтр и первый квадратичный детектор, а во втором квадратурном канале - второй усилитель, второй согласованный фильтр и второй квадратичный детектор, а также введены новые элементы и соответствующие связи между ними, а именно: в первый квадратурный канал введены последовательно соединенные первый полосовой фильтр, вход которого соединен с выходом первого перемножителя, первый аналого-цифровой преобразователь, первый цифровой согласованный фильтр, n-ый выход которого, каждый в отдельности, соединен с соответствующим n-ым входом первого устройства выделения максимального сигнала и с n-ым входом первого селектора, где n принимает значения от 1 до N а N - длина псевдослучайной последовательности, n-ый выход первого селектора, каждый в отдельности, соединен с n-ым входом первого осреднителя, первый выход первого устройства выделения максимального сигнала соединен с входом первого квадратора, а его второй выход - с (N+1)-ым входом первого селектора, выход первого квадратора соединен с первым входом первого сумматора, выход первого осреднителя соединен с входом второго квадратора, выход которого соединен с первым входом второго сумматора, а во второй квадратурный канал введены последовательно соединенные второй полосовой фильтр, вход которого соединен с выходом второго перемножителя, второй аналого-цифровой преобразователь, второй цифровой согласованный фильтр, n-ый выход которого, каждый в отдельности, соединен с соответствующим n-ым входом второго устройства выделения максимального сигнала и с n-ым входом второго селектора, n-ый выход второго селектора, каждый в отдельности, соединен с n-ым входом второго осреднителя, первый выход второго устройства выделения максимального сигнала соединен с входом третьего квадратора, а его второй выход - с (N+1)-ым входом второго селектора, выход третьего квадратора соединен с вторым входом первого сумматора, выход второго осреднителя соединен с входом четвертого квадратора, выход которого соединен с вторым входом второго сумматора,

выход первого сумматора соединен с первым входом буферного регистра, выход буферного регистра соединен с входом третьего сумматора, выход третьего сумматора соединен с первыми входами порогового устройства и первого вентиля, выход второго сумматора соединен с первым входом порогового сумматора, на второй вход которого подается опорное напряжение U_П1, выход порогового сумматора соединен со вторым входом порогового устройства, выход порогового устройства соединен с первым входом оцифрователя и со вторым входом второго вентиля, а также со вторым входом первого вентиля, выход первого вентиля соединен с первым входом запоминающего устройства, а выход второго вентиля - со вторым входом запоминающего устройства, выход запоминающего устройства соединен с первым входом определителя смещения временных шкал, а выход оцифрователя - с его вторым входом, выход определителя смещения временных шкал соединен с первым входом вычитающего счетчика,

выход первого аналого-цифрового преобразователя соединен с первым входом третьего вентиля, а выход второго аналого-цифрового преобразователя соединен с первым входом четвертого вентиля, выход третьего вентиля соединен с первым входом третьего перемножителя, а выход четвертого вентиля соединен с первым входом четвертого перемножителя, выход третьего перемножителя соединен с первым входом детектора относительной фазовой телеграфии, а выход четвертого перемножителя соединен со вторым входом детектора относительной фазовой телеграфии, выход генератора псевдослучайной последовательности соединен с первым входом пятого вентиля, выход вычитающего счетчика соединен со вторыми входами третьего, четвертого и пятого вентилей, выход пятого вентиля соединен со вторыми входами третьего и четвертого перемножителей, выход генератора тактовых импульсов соединен с входом генератора псевдослучайной последовательности и через делитель частоты - с вторым входом буферного регистра, а также со вторыми входами оцифрователя и вычитающего счетчика и с первым входом второго вентиля, выход детектора относительной фазовой телеграфии соединен с входом цифрового согласованного фильтра маркера, а выход цифрового согласованного фильтра маркера соединен с первым входом порового устройства маркера, на второй вход которого подается пороговое напряжение U_П2, выход порового устройства маркера является выходом устройства синхронизации.

Отличительными признаками предлагаемого устройства являются введенные в его схему новые элементы, а именно: первый и второй полосовые фильтры, первый и второй аналого-цифровые преобразователи, первый и второй цифровые согласованные фильтры, первое и второе устройства выделения максимального сигнала, первый, второй и третий сумматоры, запоминающее устройство, первый и второй селекторы, первый и второй осреднители, генератор тактовых импульсов, генератор псевдослучайных последовательностей, третий и четвертый перемножители, вычитающий счетчик, делитель частоты, буферный регистр, пороговое устройство, оцифрователь, определитель смещения временных шкал, пороговый сумматор, детектор относительной фазовой телеграфии, первый, второй, третий, четвертый и пятый вентили, первый, второй, третий и четвертый квадраторы, цифровой согласованный фильтр маркера, а также пороговое устройство маркера и соответствующие связи между ними, благодаря чему удается обеспечить канальную синхронизацию приемника за счет надежного обнаружения однократно переданного маркера по информации, содержащейся в преамбуле, относительно положения маркера, что соответствует критерию «новизна».

Поскольку совокупность введенных элементов и их связи до даты подачи заявки в патентной и научной литературе не обнаружены, то предлагаемое техническое решение соответствует «изобретательскому уровню».

Структурная схема устройства представлена на фиг.1. Цифрами на фиг.1 обозначены:

1 - гетеродин (Г);

2 - фазовращатель на π/2 (ФВ);

3, 4, 27, 28 - перемножитель (П);

5, 7 - полосовой фильтр (ПФ);

6, 8 - аналого-цифровой преобразователь (АЦП);

9, 10 - цифровой согласованный фильтр (ЦСФ);

11, 12 - устройство выделения максимального сигнала (УВМС);

13, 15 - селектор (Сел);

14, 16 - осреднитель (О);

17, 18, 33 - сумматор (См);

19 - пороговый сумматор (ПС);

20 - пороговое устройство (ПУ);

21, 25, 26, 32, 34 - вентиль (В);

22 - оцифрователь (ОЦ);

23 - запоминающее устройство (ЗУ);

24 - определитель смещения временных шкал (ОСВШ);

29 - детектор относительной фазовой телеграфии (ДОФТ);

30 - цифровой согласованный фильтр маркера (ЦСФМ);

31 - пороговое устройство маркера (ПУМ);

35 - генератор тактовых импульсов (ГТИ);

36 - делитель частоты (ДЧ);

37 - буферный регистр (БР);

38 - вычитающий счетчик (ВС);

39, 40, 41, 42 - квадратор (К);

43 - генератор псевдослучайной последовательности.

Работу устройства синхронизации временных шкал рассмотрим по структурной схеме, которая представлена на фиг.1, при следующих условиях:

для обеспечения синхронизации передатчик излучает преамбулу и маркер. Длина преамбулы равна М периодам ПСП, а ПСП, в свою очередь, имеет период, равный N;

маркер следует за преамбулой. Положение маркера относительно начала преамбулы, его длина, определяемая числом периодов ПСП, и его структура заданы и известны;

устройство включено и готово к приему и обработке сигналов преамбулы и маркера.

Работа устройства при отсутствии на входе сигналов преамбулы. Пусть на вход устройства (первые входы первого (4) и второго (3) П) поступает сигнал помехи, а на вторые входы П (4) и (3) поступает сигнал от гетеродина (1), причем на второй П (4) сигнал от гетеродина (1) поступает непосредственно и имеет вид cos(ω₀t), а на второй вход П (3) - через ФВ (2) и имеет вид sin(ω₀t). В перемножителях (3) и (4) происходит перемножение сигналов и на их выходах появляются две квадратурные составляющие суммарной и разностной частоты. Составляющие суммарной частоты подавляются ПФ (5) и (7), а составляющие разностной частоты свободно проходят через эти фильтры и поступают на соответствующие входы АЦП (6) и (8). В АЦП (6) и (8) сигнал разностной частоты преобразуется в цифровую форму, т.е. аналоговая входная величина преобразуется в соответствующее число. С выходов АЦП (6) и (8) сигналы в цифровой форме поступают на входы ЦСФ (9) и (10). В ЦСФ (9) и (10) происходит сжатие сигнала помехи и на каждом n-ом их выходе (n принимает значения от 1 до N) формируются отсчеты взаимокорреляционной функции (ВКФ) сигнала помехи, которые, как правило, равны между собой и имеют небольшую величину [3]. Отсчеты с n-ых выходов ЦСФ (9) и (10), каждый в отдельности, один раз за период ПСП поступают на соответствующие n-ые входы УВМС (11) и (12), а также на соответствующие n-ые входы первого и второго селектора (13) и 15).

УВМС (11) и (12) определяют максимальное значение отсчета на одном из выходов ЦСФ (9) и (10) и фиксируют номера входов, по которым эти отсчеты поступили. Максимальные значения отсчетов через первые выходы УВМС (11) и (12) подаются на входы квадраторов (41) и (42), а сигналы с информацией о номере входа, по которому поступило в УВМС (11) и (12) максимальное значение отсчета от ЦСФ (9) и (10), через вторые выходы УВМС (11) и (12) поступают на (N+1)-ые входы Сел (13) и (15), соответственно, и блокируют в них номера входов, по которым поступили отсчеты с максимальным уровнем.

В квадраторах (41) и (42) поступившие сигналы возводятся в квадрат и на их выходах появляется отсчет мощности помехового сигнала на одном периоде ПСП (выходы К (41) и (42) являются сигнальными выходами квадратурных каналов). Сигнал с выхода К (41) поступает на первый вход См (18), а сигнал с выхода К (42) - на второй вход См (18). В результате сложения в См (18) на его выходе появляется суммарное значение мощности помехового сигнала двух кадратурных каналов на одном периоде ПСП, которое поступает на первый вход БР (37) и записывается в его первую ячейку. Следующий сигнал, который поступает с выхода См (18) на первый вход БР (37), записывается в его первую ячейку, а сигнал, который был записан в первой ячейке БР (37), переписывается во вторую его ячейку. Следующий сигнал с выхода См (18) записывается в первую ячейку БР (37), сигнал из первой ячейки переписывается во вторую, а из второй в третью. И так происходит до заполнения всех p ячеек БР (37) (значение p определяется качеством канала связи и энергетикой).

Как только все ячейки БР (37) будут заполнены, на его второй вход от ГТИ (35) через ДЧ (36) поступает импульс, который обеспечивает перенос содержимого БР (37) последовательным кодом в См (33)). Частота, поступающая на второй вход БР (37), определяется отношением F_т/р. На выходе См (33) появляется сигнал, значение которого равно сумме р откликов. Этот сигнал подается на первые входы ПУ (20) и В (21).

А отсчеты с каждого из N выходов ЦСФ (9) и (10) через Сел (13) и (15) поступают на соответствующие входы О (14) и (16) (через селекторы проходят только (N-1) отсчет, поскольку вход, по которому поступает отсчет максимального уровня, блокирован). В осреднителях (14) и (16) сначала проводится суммирование всех поступивших отсчетов (по всем (N-1) входам), а затем полученная сумма делится на число (N-1), т.е. выполняется операция

где x_i - значение отсчета на i-ом входе О, i=1,…,(N-1).

На выходах О (14) и (16) появляются средние значения отсчетов шумовой составляющей каждого квадратурного канала на одном периоде ПСП, которые поступают на входы К (39) и (40), соответственно.

В квадраторах (39) и (40) поступившие сигналы возводятся в квадрат и на их выходах появляется отсчет мощности шума на одном периоде ПСП на выходе квадратурного канала. Среднее значение мощности шума с выходов К (39) и (40) поступают на первый и второй входы См (17). В См (17) происходит сложение входных сигналов, а на его выходе появляется результирующий отсчет мощности шума на периоде ПСП, который поступает на первый вход ПС (19).

На второй вход ПС (19) подается пороговый сигнал U_П1. Величина порога U_П1 зависит от ожидаемого медианного значения шума в канале связи. В результате сложения на выходе ПС (19) формируется значение динамического порога, который подается на второй вход ПУ (20). В ПУ (20) происходит сравнение отклика, поступившего на его первый вход от См (33), и динамического порога. Если уровень отклика превышает уровень динамического порога, то принимается решение о поступлении на вход устройства сигнала преамбулы, если уровень отклика ниже порогового значения, то принимается решение об отсутствии сигнала преамбулы и устройство продолжает поиск преамбулы.

Работа устройства при поступлении на вход сигналов преамбулы.

При передаче преамбулы на вход устройства (первые входы П (4) и (3)) поступает радиосигнал вида X(t)=A(t)·cos(ωt+φ), модулированный ПСП A(t). После перемножения в П (4) и (3) на их выходах появляются две квадратурные составляющие, а именно: на выходе П (4) составляющая вида

а на выходе П (3) составляющая вида

где ω - угловая частота входного сигнала;

ω₀ - угловая частота опорного сигнала обнаружителя;

φ - начальная фаза входного сигнала.

Составляющие разностной частоты с выходов П (4) и (3) через полосовые фильтры (5) и (7) поступают на соответствующие входы аналого-цифровых преобразователей (6) и (8), в которых поступивший сигнал преобразуется в цифровую форму. С выходов АЦП (6) и (8) сигналы в цифровой форме поступают на входы цифровых согласованных фильтров (9) и (10), соответственно. В зависимости от величины временного рассогласования на одном из N-ых выходов ЦСФ (9) и (10), появится отсчет, соответствующий максимальному значению ВКФ псевдослучайного сигнала с периодом N, а на остальных выходах присутствуют отсчеты боковых выбросов ВКФ в смеси с шумом, который, как правило, превышает значение боковых выбросов ВКФ [3].

Отсчеты с каждого из N выходов ЦСФ (9) и (10) один раз за период ПСП поступают на соответствующие n-ые входы УВМС (11) и (12), а также на соответствующие n-ые входы первого и второго селектора (13) и 15).

На основе сигналов, поступивших на входы Сел (13) и (15), в О (14) и (16), К (39) и (40), См (17) и ПС (19) формируется динамический порог (алгоритм рассмотрен ранее), который с выхода ПС (19) подается на второй вход ПУ (20).

На основе сигналов, поступивших на входы УВМС (11) и (12), в K(41) и (42), См (18), БР (37) и См (33) формируется сигнал, соответствующий сумме p максимальных значений ВКФ ПСП с периодом N (алгоритм рассмотрен ранее), который с выхода См (33) поступает на первый вход ПУ (20) и первый вход В (21).

В ПУ (20) происходит сравнение отклика, поступившего на его первый вход от См (33), с динамическим порогом. Поскольку в нашем случае уровень отклика превышает уровень динамического порога, то на выходе ПУ (20) появляется сигнал, который поступает на второй вход В (21) (см. фиг.2б) и открывает его, позволяя тем самым первому сигналу, соответствующему сумме p максимальных значений ВКФ ПСП с периодом N, с выхода См (33) поступить на первый вход ЗУ (23). В запоминающем устройстве (23) происходит сложение всех сигналов, которые поступают от См (33), а результат сложения периодически (с тактовой частотой F_т) поступает на первый вход ОСВШ (24) (см. фиг.2 г). Кроме того сигнал с выхода ПУ (20) поступает еще на первый вход ОЦ (22) и на первый вход В (32) и открывает его (см фиг.2б).

В ОЦ (22) постоянно формируется временная шкала приемника (см фиг.2а), которая представляет собой последовательность больших интервалов, длительность каждого из которых определяется длительностью преамбулы. В свою очередь каждый большой временной интервал разбит еще на М малых интервалов. Величина малого интервала равна длительности ПСП. Каждому малому временному интервалу присваивается порядковый номер из последовательности натуральных чисел от 1 до М.

В моменты поступления на первый и второй входы ОЦ (22) сигналов с выхода ПУ (20) о превышении динамического порога (см. фиг.2б) и сигналов тактовой частоты от ГТИ (35) через его выход на второй вход ОСВШ (24) поступают значения порядкового номера малого временного интервала (см. фиг.2в). Таким образом, первому отсчету максимального уровня, поступившему на первый вход ОСВШ (24) с выхода ЗУ (23), присваивается порядковый (на фиг.2в это номер 5) и эта информация поступает на второй вход ОСВШ (24). Оцифровка отсчетов хронируется импульсами тактовой частоты F_т, которые поступают на второй вход ОЦ (22) непосредственно от ГТИ (35), а на второй вход ЗУ (23) - через открытый В (32).

В ОСВШ (24) по информации, которая поступила через его первый (это отсчеты максимального уровня с выхода ЗУ (23); см. фиг.2 г), и второй (это последовательность чисел с ОЦ (22); см. фиг.2в) входы, используя метод наименьших квадратов, определяется смещение временных шкал принимаемого сигнала и собственно приемника. После определения смещения временных шкал ОСВШ (24) через свой выход записывает в ВС (38) число, которое определяет значение временного интервала в длительностях ПСП до момента появления сигнала маркера на выходах АЦП (6) и (8).

Необходимое математическое обоснование оценки смещения временных шкал представлено ниже.

Импульсы считывания, которые подаются на 2-ой вход ВС (38), изменяют состояние счетчика в сторону уменьшения. В момент обнуления ВС (38) на его выходе появляется сигнал, который открывает В (34), (25) и (26). Открытые В (25) и (26) обеспечивают поступление сигналов маркера с выходов АЦП (6) и (8) на первые входы П (27) и (28), а открытый В (34) обеспечивает поступление сигналов ПСП на вторые входы П (27) и (28). В перемножителях (27) и (28) происходи «снятие» с сигнала маркера ПСП. Сигнал маркера первого и второго квадратурных каналов, «освобожденный» от сигнала ПСП, поступает на 1-ый и 2-ой входы ДОФТ (29), соответственно. Детектированные элементы кода маркера из ДОФТ (29) поступают на вход ЦСФМ (30). В момент окончания сигнала маркера на выходе ЦСФМ (30) появляется отклик, который поступает на первый вход ПУМ (31), на второй вход которого подается пороговое напряжение U_П2. Величина порога U_П2 определяется исходя из требуемого соотношения вероятности пропуска маркера и вероятности ложных тревог. Момент появления сигнала на выходе ПУМ (31) воспринимается как правильный прием маркера и как факт совмещения временных шкал, т.е. с этого момента можно принимать канальную информацию. По этому сигналу устройство устанавливается в исходное состояние. Устройство приема информации выходит за пределы защищаемого устройства.

Оценка смещения временных шкал принимаемого сигнала и приемника

На фиг.2 показана процедура формирования необходимых и достаточных данных для вычисления смещения временных шкал приемника и передатчика в ОСВШ (24). Из анализа совокупности значений поступающих на первый вход ОСВШ (26) в дискретные моменты времени, кратные периоду ПСП (см. фиг.2 г), следует, что значения уровней отсчетов на первом входе ДСВШ (2;) по мере их накопления имеют линейную зависимость, т.е. штрихпунктирная линия O₂A₃ является огибающей отсчетов сигнала и может быть представлена уравнением вида

где - величина отсчета в момент времени t_i;

α - угловой коэффициент прямой, равный тангенсу угла наклона ее к оси времени t_прд;

b - начальная ордината при условии, что начало координат находится в точке O₁.

Из подобия треугольников AA₁B, A₁A₂C, A₂A₃D и т.д. (см. фиг.2г) находим угловой коэффициент прямой

где p - величина временного интервала между соседними отсчетами сигнала;

- величина отсчета сигнала в момент времени t

n - объем выборки значений отсчетов сигнала для вычислений с необходимой точностью.

Из подобия треугольников OAD₁, OA₁D₂, OA₂D₃, OA₃D₄ и др. (см. фиг.2 г) можно записать

где k - длина интервала, выраженная в периодах ПСП, от момента начала преамбулы до момента появления первого отсчета.

Тогда величину смещения временных шкал принятого сигнала и приемника Δt₁ определим из треугольника OO₁O₂ (см. фиг.2г)

Поскольку b является параметром прямой (1), являющейся огибающей отсчетов сигнала, то для его определения воспользуемся методом наименьших квадратов [4, с.446], в соответствии с которым

где

Для повышения точности определения смещения временных шкал принятого сигнала и приемника применим другой метод ее расчета.

Из анализа выражения (2) следует, что величина α представляет собой не что иное, как усредненную величину отсчета сигнала одной ПСП (т.е. α - величина сигнала, накопленного за один период ПСП). Тогда частное от деления величины отсчета сигнала , поступающего на второй вход ОСВШ в определенные моменты времени (см. фиг.2г), на величину отсчета сигнала одной ПСП α, есть не что иное, как количество ПСП, которые «участвовали» в формировании величины отклика. Таким образом, временное положение каждого отклика на шкале сигнала однозначно определяется числом интервалов, равным количеству ПСП, «участвовавшим» в формировании отклика. Это число не что иное, как порядковый номер отклика в интервалах ПСП на шкале сигнала. Порядковый номер отклика говорит о том, сколько временных интервалов ПСП прошло с момента начала преамбулы до момента его появления. Ранее отмечалось, что каждый отклик уже получил свой порядковый номер в интервалах ПСП, но только по временной шкале приемника (см. фиг.2в). Разность порядковых номеров у отклика определяет величину смещения временных шкал Δt₂. Для повышения точности проведем обработку полученных значений разностей порядковых номеров

где α - порядковый номер первого отклика по шкале приемника в интервалах ПСП;

k - порядковый номер первого отклика по шкале сигнала в интервалах ПСП.

Из (4) и (6) окончательно определяем смещение временных шкал Δt

Тогда разность

где M - длина преамбулы в периодах ПСП;

(k+np) - длина интервала на временной шкале, в периодах ПСП, от начала преамбулы (точка О) до момента появления последнего отсчета, используемого для статистической оценки параметров огибающей отсчетов сигнала однозначно определяет число периодов ПСП от отсчета сигнала, взятого в момент времени (k+nр) по шкале принимаемого сигнала, до начала сигнала маркера по шкале приемника, что является необходимым и достаточным параметром для установления синхронизации.

Полученные выше результаты позволяют также оценить величину максимального отсчета сигнала в конце маркера, а именно

где S - длина маркера в интервалах ПСП.

Используя (9), можно вычислить отношение с/ш на входе согласованного фильтра маркера

и ожидаемое отношение с/ш на его выходе

где m_K - среднее значение мощности шумов.

Используя (11) можно рассчитать характеристики обнаружения маркера для различных длительностей маркера (т.е. для различных S) и различных значений средней мощности шумов.

Сравнительная оценка функциональных возможностей заявляемого устройства и устройства-прототипа показывает, что заявляемое устройство обеспечивает надежную временную синхронизацию в системе связи по однократно переданной преамбуле и маркеру и может быть использовано в качестве устройства синхронизации в многоканальных системах связи с временным (кодовременным) разделением каналов, а устройство-прототип может использоваться в одноканальных и многоканальных системах связи, но только для обнаружения сигнала и не пригодно для временной (канальной) синхронизации.

Источники информации

1. Новые стандарты широкополосной радиосвязи на базе технологии W-CDMA. М.: Международный центр научно-технической информации, 1999, (стр.38-58).

2. Алексеев А.И., Шереметьев А.Г., Тузов Г.И., Глазов Б.И. Теория и применение псевдослучайных сигналов. - М.: Изд-во «Наука», 1969. - 367 с.

3. Варакин Л.Е. Теория сложных сигналов. - М.: «Советское радио», 1970. - 375 с.

4. Тихонов В.И. Статистическая радиотехника. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Радио и связь, 1982. - 624 с.

Устройство начальной синхронизации в сетях связи с кодовременным уплотнением каналов, в состав которого входят два квадратурных канала, фазовращатель на π/2 и гетеродин, причем первый квадратурный канал состоит из первого перемножителя, а второй квадратурный канал - из второго перемножителя, первые входы первого и второго перемножителей объединены и являются входом устройства, выход гетеродина соединен со вторым входом первого перемножителя, а через фазовращатель на π/2 - со вторым входом второго перемножителя, отличающееся тем, что в схему первого квадратурного канала дополнительно введены последовательно соединенные первый полосовой фильтр, вход которого соединен с выходом первого перемножителя, первый аналогово-цифровой преобразователь, первый цифровой согласованный фильтр, n-й выход которого, каждый в отдельности, соединен с соответствующим n-м входом первого устройства выделения максимального сигнала и с n-м входом первого селектора, где n принимает значения от 1 до N, а N - длина псевдослучайной последовательности, n-й выход первого селектора, каждый в отдельности, соединен с n-м входом первого осреднителя, первый выход первого устройства выделения максимального сигнала соединен с входом первого квадратора, а его второй выход - с (N+1)-м входом первого селектора, выход первого квадратора соединен с первым входом первого сумматора, выход первого осреднителя соединен с входом второго квадратора, выход которого соединен с первым входом второго сумматора, а в схему второго квадратурного канала введены последовательно соединенные второй полосовой фильтр, вход которого соединен с выходом второго перемножителя, второй аналого-цифровой преобразователь, второй цифровой согласованный фильтр, n-й выход которого, каждый в отдельности, соединен с соответствующим n-м входом второго устройства выделения максимального сигнала и с n-м входом второго селектора, n-й выход второго селектора, каждый в отдельности, соединен с n-м входом второго осреднителя, первый выход второго устройства выделения максимального сигнала соединен с входом третьего квадратора, а его второй выход - с (N+1)-м входом второго селектора, выход третьего квадратора соединен с вторым входом первого сумматора, а выход второго осреднителя соединен с входом четвертого квадратора, выход которого соединен с вторым входом второго сумматора, выход первого сумматора соединен с первым входом буферного регистра, выход буферного регистра соединен с входом третьего сумматора, на выходе которого появляется сигнал, равный сумме содержимого ячеек буферного регистра, выход третьего сумматора соединен с первыми входами порогового устройства и первого вентиля, выход второго сумматора соединен с первым входом порогового сумматора, на второй вход которого подается опорное напряжение U_П1, выход порогового сумматора соединен с вторым входом порогового устройства, выход порогового устройства соединен с первым входом оцифрователя, формирующего порядковый номер отсчета по шкале времени устройства, а также со вторыми входами первого и второго вентилей, выход первого вентиля соединен с первым входом средства, обеспечивающего сложение всех сигналов, поступающих с третьего сумматора, при этом результат сложения появляется на выходе периодически с тактовой частотой F_Т, а выход второго вентиля - со вторым входом средства, обеспечивающего сложение всех сигналов, поступающих с третьего сумматора, при этом результат сложения появляется на выходе периодически с тактовой частотой F_T, выход средства, обеспечивающего сложение всех сигналов, поступающих с третьего сумматора, при этом результат сложения появляется на выходе периодически с тактовой частотой F_T, соединен с первым входом определителя смещения временных шкал, а выход оцифрователя - с вторым входом определителя смещения временных шкал, выход определителя смещения временных шкал соединен с первым входом вычитающего счетчика, выход первого аналого-цифрового преобразователя соединен с первым входом третьего вентиля, а выход второго аналого-цифрового преобразователя соединен с первым входом четвертого вентиля, выход третьего вентиля соединен с первым входом третьего перемножителя, а выход четвертого вентиля соединен с первым входом четвертого перемножителя, выход третьего перемножителя соединен с первым входом детектора относительной фазовой телеграфии, а выход четвертого перемножителя соединен со вторым входом детектора относительной фазовой телеграфии, выход генератора псевдослучайной последовательности соединен с первым входом пятого вентиля, выход вычитающего счетчика соединен со вторыми входами третьего, четвертого и пятого вентилей, выход пятого вентиля соединен со вторыми входами третьего и четвертого перемножителей, выход генератора тактовых импульсов соединен с входами генератора псевдослучайной последовательности и делителя частоты, с первым входом второго вентиля, а также со вторыми входами оцифрователя и вычитающего счетчика, а выход делителя частоты соединен со вторым входом буферного регистра, выход детектора относительной фазовой телеграфии соединен с входом цифрового согласованного фильтра маркера, а выход цифрового согласованного фильтра маркера соединен с первым входом порогового устройства маркера, на второй вход которого подается пороговое напряжение U_П2; выход порогового устройства маркера является выходом устройства синхронизации.